煤炭自燃的阻化改性研究

论文摘要

煤矿自燃火灾严重威胁煤矿安全生产,利用阻化改性技术改变煤炭自燃的难易是尤为重要的研究工作。本论文通过对煤炭自燃的阻化改性进行研究,为现场应用提供理论依据和技术支持。应用量子化学理论和配位化学理论,通过对优化后的配合物的几何构型进行稳定性、前沿轨道布居和自然键轨道电荷布局分析,得出了预防煤炭自燃的阻化机理是煤中有机大分子的活泼基团与阻化剂形成配合物,形成的配合物降低了煤分子与氧反应的活性。利用热重分析技术,对比煤样添加阻化剂前后着火活化能的变化情况。根据以着火活化能为指标的阻化效果的判定方法,为不同矿区不同层位和不同工作面煤样选择了合适的阻化剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 煤炭自燃机理研究现状
• 1.2.2 煤的分子结构研究现状
• 1.2.3 煤炭自燃难易判定方法的研究现状
• 1.2.4 预防煤炭自燃的阻化机理研究现状
• 1.3 论文的研究内容和意义
• 2 理论和研究方法
• 2.1 研究煤炭自燃的量子化学理论
• 2.1.1 Schr?dinger 方程及近似
• 2.1.2 分子轨道理论
• 2.1.3 密度泛函理论
• 2.2 配位化学理论
• 2.2.1 基本概念
• 2.2.2 配合物中的化学键理论
• 3 煤炭自燃的特性研究
• 3.1 煤结构的红外光谱实验
• 3.1.1 红外光谱图谱
• 3.1.2 实验煤样红外光谱图谱官能团归属
• 3.1.3 基于氧化反应煤分子基本结构单元的化学结构建立
• 3.1.4 煤氧化自燃过程中不同温度下的红外光谱图
• 3.1.5 煤氧化自燃过程中的化学结构和官能团变化规律分析
• 3.2 实验结果分析
• 3.3 本章小结
• 4 预防煤炭自燃的阻化机理研究
• 4.1 煤分子的几何构型
• 4.2 阻化反应的量子化学模拟
• 4.2.1 配合物的几何构型
• 4.2.2 分子前沿轨道能量和稳定性分析
• 4.2.3 净电荷布居及电荷转移
• 4.3 预防煤炭自燃的阻化机理
• 4.4 本章小结
• 5 预防煤炭自燃的阻化效果研究
• 5.1 煤氧化自燃过程的热分析动力学研究
• 5.1.1 氧化动力学方程的建立
• 5.1.2 热分析曲线的动力学分析
• 5.1.3 反应机理模型的选择
• 5.2 煤氧化自燃热重曲线的分析和反应机理函数的选择
• 5.2.1 煤氧化自燃热重曲线的分析
• 5.2.2 最概然机理函数的选择
• 5.2.3 判定煤自燃难易的活化能计算软件
• 5.3 阻化剂阻化效果的判定方法
• 5.4 阻化剂阻化效果的研究
• 5.4.1 实验
• 5.4.2 阻化剂阻化效果的分析
• 5.5 本章小结
• 6 主要结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果